铁磁/介电复合颗粒及相应涂层的电磁性能研究

The current work is set to investigate the problems on the electromagnetic (EM) properties tailoring in ferromagnetic/dielectric composite particles and the relevant electromagnetic wave absorbing (EMA) coatings. Experiment and computer simulation is to be carried out synergistically to perform the investigation. Static magnetic properties and electric conductivity will be introduced to establish an indirect correlation between the microstructure and the EM propeties. The effect of process parameters is to investigated based on a systemically arranged process experiment.Specifically, the effect of crystal structure, defects and morphology will be examined to obtain the relevant principle and to clarify the mechanism. A method can further be estabilished to tailor the EM properties of the ferromagnetic/dielectric comosite particles. The behavior of the electromagnetic wave in the relevant EMA coatings is to be investigated via the computer simulation. The effect of filler's charecteristics on the transmission and dissipation will be analyzed in a preinstall mode. Specifically, the effect of concentration, shape, size and distribution of the fillers will be empasized. Baed on the results of simulation, impedance optimazation can be achieved in the EMA coatings and the potential of the filler can thus be fully excavated. A theoretical fundamental is to be found through an integral analysis on the filler and the relevant coatings, which can be helpful to push the research work and the application forward. Additionally, the investigation on the interaction between the EM wave and the coposite particles is believed to be significant to reveal the mechanism of the composite materials used for EM function.

本项目拟通过实验研究与数值模拟相结合的方法对铁磁/介电复合颗粒及相应涂层性能调控中的难点问题进行系统研究。拟通过静态电磁性能的引入间接建立微观组织结构－电磁性能的联系，并通过系统设计工艺分析各因素的影响。分别就晶体结构、晶体缺陷、形状尺寸等因素的影响开展研究，获得影响规律、阐明影响机理，并在此基础上建立铁磁/介电复合颗粒电磁性能控制的方法。通过数值模拟方法对涂层中电磁波的行为进行研究，获得颗粒含量、形状及分布特性对传输、散射和损耗行为的影响，并据此优化涂层的阻抗特性、充分挖掘铁磁/介电复合颗粒的电磁损耗潜能,建立涂层设计的方法。此项目的的实施可为铁磁/介电复合颗粒及相应吸波涂层的研制提供理论基础，推动其发展和应用。此外，铁磁/介电复合颗粒及涂层中电磁波与材料相互作用行为的研究对于揭示复合材料电磁性能机理具有重要意义。

铁磁颗粒以及由此衍生出来的铁磁/介电复合颗粒是一类性能优异的电磁波吸收材料。该类材料的磁导率和介电常数受到颗粒形状、微观组织结构及填充于基体材料的体积分数影响。为此，本研究针对铁磁颗粒及相应涂层的微波电磁性能进行了系统研究。.本研究通过溶液化学方法制备了多种形状的Co颗粒及相应的Co@SiO2、FeSi@SiO2复合颗粒，并通过球磨和热处理工艺对其形状和微观组织结构进行了调控；通过球磨和热处理工艺对商用FeSi颗粒的形状和微观组织结构进行了调控。在可控制备的基础上结合电磁性能测试，系统分析了颗粒性状、填充率对电磁性能的影响。.研究表明，填充率相同时片状颗粒对比球形颗粒具有更高的介电常数和磁导率。分析认为，片状颗粒较高的形状磁各向异性获得高的磁导率的关键因素；同时片状颗粒较小的厚度可以显著抑制涡流效应的影响从而有利于磁导率的提高。片状颗粒较大的比表面是获得高的介电常数的主要原因；但是填充率较高时，颗粒之间搭接诱发的涡流效应会影响材料的介电行为。片状颗粒较高的电磁参数有利于其在低频波段获得良好的吸收，但是介电常数过高时阻抗匹配失调，吸收效率可能会降低。颗粒表面包覆介电壳层时不仅可以有效的避免跨颗粒扩散、保持颗粒形状，还有利于颗粒在基体中的分布，避免局部涡流效应的不良影响。适当提高铁磁颗粒的填充率，可以显著强化其铁磁共振和介电弛豫，从而显著提高涂层的电磁波吸收性能。随着填充率的提高，同一厚度涂层的吸收峰向低频方向移动，是在L-S波段获得良好吸收的有效手段。通过热处理，可以显著提高材料的电导率和饱和磁化强度，从而时颗粒的微波电磁性能显著提高；但是热处理温度过高时，颗粒电导率急剧升高有可能诱发涡流效应。研究基于基因算法建立了多层复合涂层吸波性能优化的方法。分析表明，对1/4波长效应进行控制是优化涂层的吸收性能的关键基础之一。综合应用微观组织结构调控、形状控制、填充率控制和涂层序列设计是调谐1/4效应的有效手段。基于上述研究，设计制备了性能优异的吸收涂层。